[发明专利]用于支撑涡轮圆环的装置、具有该装置的涡轮机以及具有该涡轮机的涡轮发动机

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机领域，特别地涉及涡轮圆环和他们的支撑装置。

背景技术

通常地，用于飞行器(诸如飞机或直升机)的涡轮轴发动机在气流的方向上从上游到下游包括风扇、一个或多个压缩机级(例如低压压缩机和高压压缩机)、燃烧室、一个或多个涡轮机级(例如低压涡轮机和高压涡轮机)以及气体排气喷管。一个涡轮机可对应于一个压缩机，两者通过轴连接在一起，从而形成例如高压盘和低压盘；在一个不同的结构中，所述涡轮轴发动机可包括与压缩机相连接的第一涡轮机以及第二“自由”涡轮机，其与轴(诸如用于驱动直升机旋翼的轴)相连接(所述与压缩机相连接的第一涡轮机通常地被指定为高压涡轮机)。

短语“高压”在下文中将用缩写“HP”表示，而短语“低压”则用缩写“BP”表示。

高压压缩机被设置于所述燃烧室的出口。它包括一个或多个叶片级，在公知技术中，每一个叶片级通常包括被称为HP涡轮导向装置的固定叶轮以及活动叶轮。所述活动叶轮被排出燃烧室的气流驱动绕所述涡轮轴发动机的中心轴旋转，是构成所述涡轮轴发动机的HP轴的旋转所必须的一部分，其自身是所述HP压缩机的活动叶轮不可缺的一部分。在HP涡轮机的活动叶轮的水平面上，所述气流被呈圆环形的外壳加以限定，所述外壳在活动叶片的外周延伸且通常地以“涡轮圆环”表示；该圆环可为一整片或可被分割为圆环部分；在下文中，除非另有说明，术语“圆环”将涵盖这两种可能性，也就是说或是一整片圆环，或是可被分割为圆环部分的圆环。该圆环通过被称为圆环支架的部件所支撑，并且与所述涡轮轴发动机的固定结构相连接。

为了使得所述活动叶片旋转，在所述活动叶片的径向端部与固定涡轮圆环之间留有间隙，所述间隙朝与所述叶片的径向端部相反的方向延伸。该间隙越大所述高压涡轮机的效率就越低，由此所述涡轮轴发动机的效率也就越低，这是由于一部分从所述燃烧室流出的气流流入到所述间隙中，而没有对驱动所述涡轮机活动叶轮的旋转做出贡献。

所述HP涡轮机区域处于显著的热应力的作用下，特别地，由于其位于所述燃烧室下游的位置。这一区域中的部件至少受四种截然不同的热应力的影响：

1、源于所述压缩机的冷却气流的热对流；

2、由热交换和穿过彼此相接触的部件的气流所引起的热传导；

3、源于所述涡轮轴发动机热的部分的热辐射，特别源于所述燃烧室以及位于所述HP涡轮机平面上气流的热辐射；以及

4、来自所述气流的明显的热对流，当一部分流量从所述气流中泄漏并且到达所述涡轮圆环及其支撑部件之间的结合处的水平面上时，所述热对流可能加重(这些孰知的气流或者分流会破坏涡轮环，当这些从主气流中分离出的支流不是按其正常方向流动而是沿旁路流走时，还会降低涡轮机的效率)。

这些不同的热应力导致了不同的膨胀水平面(在所涉及的各种部件之间)以及难于管理的静态部件内的温度梯度。特别地，由于气流外侧的气体重吸入，与所述热对流有关的建模十分复杂。考虑到与降低燃料消耗为目的相关的发动机动力的发展而带来了今天的离开涡轮轴发动机燃烧室的气体温度的上升，这一现象变得格外的严峻。

目前，已经提供了多种装置用于控制所述叶片末端与所述涡轮圆环之间的间隙。例如欧洲专利EP1,475,516提出了具有一定弹性结构的外壳(所述外壳附加于所述圆环支撑部件)，所述外壳的形状取决于其在不同的发动机运转方式中所承受的压力，从而允许在所述叶片末端的平面上对所述间隙的调整。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于涡轮圆环的支撑装置，其能够更好的控制涡轮叶片末端的间隙，并且在部件老化过程中改进它们的强度，以便时刻确保气流特征的稳定性。

为达此目的，本发明涉及一种用于支撑气体涡轮机圆环的装置，该圆环能够围住由从上游到下游流动的气流所驱动的涡轮机的活动叶片，该装置包括至少一个面向上游的上游弯钩，该上游弯钩容置于所述圆环的上游凹槽内，该上游凹槽面向下游方向开口；以及至少一个面向下游的下游弯钩，该下游弯钩容置于所述圆环的下游凹槽内，该下游凹槽面向上游方向开口；所述装置还包括：在上游弯钩的上游处，用于冷却上游弯钩的冷却气体注入部(例如喷孔)，和/或在下游弯钩的下游处，用于冷却下游弯钩的冷却气体注入部(例如喷孔)。